張正言 黃煒嘉 凌 霖 蘇胤杰 解志斌 王 彪

(江蘇科技大學(xué)海洋學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

一、引言

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，教育部自2017年以來積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”等一系列指導(dǎo)性文件，推動(dòng)高等工科教育進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段[1]。新工科建設(shè)一方面要建立和發(fā)展一批新型、新生、新興的工科專業(yè)，另一方面要改革傳統(tǒng)工科專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力突出的高素質(zhì)復(fù)合型人才[2]。成果導(dǎo)向教育(Outcome Based Education，OBE)作為一種先進(jìn)的教育理念，強(qiáng)調(diào)教學(xué)模式要以學(xué)生為中心，以成果為導(dǎo)向并持續(xù)改進(jìn)，該理念有助于改進(jìn)高等工程教育的人才培養(yǎng)模式，推動(dòng)工程教育專業(yè)的課程教學(xué)改革。

《通信原理》是電子信息類專業(yè)的一門必修的專業(yè)主干課程，要求學(xué)生掌握各種通信系統(tǒng)的基本概念與原理、關(guān)鍵技術(shù)與分析方法，為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)和未來從事的職業(yè)打下基礎(chǔ)[3]。目前，《通信原理》課程教學(xué)主要存在以下幾個(gè)方面的不足：一是信息通信領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展日新月異，而教材的內(nèi)容與實(shí)際通信理論與技術(shù)的發(fā)展相脫節(jié)，不能引起學(xué)生對(duì)課程的重視和學(xué)習(xí)興趣；二是課堂教學(xué)主要以集中講授為主，缺乏師生、生生之間的互動(dòng)交流，不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性；三是課程實(shí)驗(yàn)主要以驗(yàn)證性為主，缺乏與課程相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐創(chuàng)新能力；四是在課程的考核中，往往通過期末的閉卷考試來評(píng)定，方式較為單一，缺乏過程性評(píng)價(jià)，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。

基于此，在新工科背景下，基于OBE理念對(duì)《通信原理》課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段以及教學(xué)評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行改革探索與實(shí)踐，以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)質(zhì)量，滿足電子通信等行業(yè)對(duì)人才的需求。

二、課程的改革與實(shí)踐

1.重塑課程的教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，既是教學(xué)活動(dòng)的導(dǎo)向，也是評(píng)價(jià)教學(xué)效果的尺度。因此，教學(xué)目標(biāo)在整個(gè)教學(xué)過程中有著非常重要的作用。

以工程教育專業(yè)認(rèn)證的OBE理念為指導(dǎo)，依據(jù)學(xué)校的人才培養(yǎng)方案，根據(jù)畢業(yè)要求和相對(duì)應(yīng)的指標(biāo)點(diǎn)，對(duì)《通信原理》課程的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行重塑，具體目標(biāo)如下：

(1)通信基礎(chǔ)知識(shí)方面

熟悉通信的基本概念，理解信息及其度量，熟悉基本的通信系統(tǒng)模型與主要性能指標(biāo)，理解隨機(jī)過程及其基本性質(zhì)，理解信道的數(shù)學(xué)模型以及信道容量，能應(yīng)用信息論和隨機(jī)過程的基本性質(zhì)對(duì)通信系統(tǒng)性能進(jìn)行分析與計(jì)算。

(2)模擬通信方面

熟悉模擬通信系統(tǒng)線性和非線性調(diào)制解調(diào)的基本概念，理解模擬幅度調(diào)制、角度調(diào)制的基本原理，能構(gòu)建模擬通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)分析模型，并運(yùn)用對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析的數(shù)學(xué)方法，計(jì)算和比較各種模擬調(diào)制系統(tǒng)性能。

(3)數(shù)字通信方面

理解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)、模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸、數(shù)字信號(hào)最佳接收的基本原理，能正確比較二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)性能，能構(gòu)建數(shù)字通信系統(tǒng)模型，并具備分析與計(jì)算典型數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸性能的能力。

2.重組課程的教學(xué)內(nèi)容

為了解決通信原理教學(xué)內(nèi)容繁多，課時(shí)相對(duì)不足的問題，必須對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重組，對(duì)課程的主要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有效的梳理，化繁為簡(jiǎn)，提煉通信原理的基礎(chǔ)知識(shí)和核心概念，精簡(jiǎn)先修課程的相關(guān)知識(shí)，弱化一些不重要的數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)，加深學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的物理意義的理解。同時(shí)，增加現(xiàn)代先進(jìn)通信技術(shù)的介紹。將教材中確知信號(hào)的相關(guān)內(nèi)容制作微課，供學(xué)生在課余時(shí)間自主復(fù)習(xí)，用以節(jié)約課時(shí)，提高教學(xué)效率；增加對(duì)課程相關(guān)的前沿技術(shù)、研究熱點(diǎn)、創(chuàng)新應(yīng)用的介紹，如5G關(guān)鍵技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、量子通信、激光通信等，使學(xué)生能夠了解通信行業(yè)的背景和最新進(jìn)展，拓寬自身知識(shí)面的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3.強(qiáng)化工程實(shí)踐環(huán)節(jié)

為使課程的教學(xué)適應(yīng)新工科背景，新增了通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)，學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)形式完成地面無線給定的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，如數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)仿真等，使學(xué)生加深對(duì)課程中調(diào)制、解調(diào)、編碼、解碼等核心理論的理解，加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，培養(yǎng)學(xué)生處理復(fù)雜工程問題的能力，強(qiáng)化分析和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的能力。同時(shí)，通過與通信技術(shù)相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、專業(yè)實(shí)習(xí)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)和實(shí)踐能力。此外，加強(qiáng)與企業(yè)的合作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合，協(xié)同育人。

4.優(yōu)化教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段

優(yōu)化教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段可以切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)過程中，要以學(xué)生為中心，要讓學(xué)生由被動(dòng)接收知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)探究知識(shí)，建立教師與學(xué)生，學(xué)生與學(xué)生之間的交流機(jī)制，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，啟發(fā)學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

(1)采用“線上”+“線下”的混合式教學(xué)

混合式教學(xué)是將在線教學(xué)與課堂教學(xué)相結(jié)合的一種教學(xué)方式，有助于學(xué)生由淺表學(xué)習(xí)過渡到深度學(xué)習(xí)[4]。通信原理課程知識(shí)點(diǎn)較多，而線下課堂的教學(xué)學(xué)時(shí)有限，利用混合式教學(xué)能夠有效的改善和緩解這一問題。

課程利用超星學(xué)習(xí)通，打造立體化的教學(xué)資源，并不斷優(yōu)化教學(xué)方法。如，在講解低通取樣定理時(shí)，由于這部分內(nèi)容學(xué)生在《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)過，此時(shí)就可以讓學(xué)生在課前通過線上的微課進(jìn)行復(fù)習(xí)，在課堂中組織學(xué)生來講解相關(guān)原理，從而實(shí)現(xiàn)課堂的翻轉(zhuǎn)，活躍課堂氛圍，提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)課堂中師生的互動(dòng)交流；在講到OFDM技術(shù)時(shí)，事先在學(xué)習(xí)通上布置相關(guān)文獻(xiàn)資料的研讀，在課堂中就OFDM在5G通信技術(shù)中的演進(jìn)與學(xué)生進(jìn)行深入的研討，從而拓展到6G通信技術(shù)的展望，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)的好奇心。此外，借助學(xué)習(xí)通的隨堂練習(xí)功能，教師在課前準(zhǔn)備好相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的練習(xí)，主要以選擇題、是非題為主，在課堂講解完相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)后，發(fā)布隨堂練習(xí)，以便及時(shí)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度，從而提高課堂的教學(xué)效果；在學(xué)習(xí)通布置相應(yīng)的課后作業(yè)時(shí)，還可采用學(xué)生之間互評(píng)作業(yè)的模式，使學(xué)生真正參與到教學(xué)過程中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。

(2)板書、PPT課件和仿真平臺(tái)相結(jié)合

通信原理課程理論性較強(qiáng)，有些重要的理論公式推導(dǎo)必不可少。此時(shí)，如果采用傳統(tǒng)板書會(huì)占用較多時(shí)間，影響教學(xué)效率，而全部采用PPT課件，對(duì)于學(xué)生來說猶如走馬觀花，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳[5]。因此，教師需要針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容有機(jī)的融合多種教學(xué)手段，提高課堂的教學(xué)質(zhì)量。又如，重要公式中關(guān)鍵步驟的推導(dǎo)、常用的定理與結(jié)論適用于傳統(tǒng)板書，有利于學(xué)生跟隨教師的思路，促進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與消化，而諸如信號(hào)的波形、系統(tǒng)的框圖等則利用PPT課件呈現(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感觀認(rèn)識(shí)。再如，在講解奈奎斯特第一準(zhǔn)則時(shí)，通過PPT動(dòng)畫展示信號(hào)的“切割、平移、疊加”過程，加深學(xué)生對(duì)其物理意義的理解，從而起到事半功倍的效果。此外，還可借助于MATLAB、SystemView等仿真平臺(tái)直觀的展示不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，如數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中誤碼率與信噪比的關(guān)系，采樣頻率對(duì)信號(hào)頻譜混疊的影響等。

(3)融入課程思政元素

課程思政的根本目的在于“立德樹人”。通過思政課，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)專業(yè)的熱愛，提升創(chuàng)新意識(shí)，重視美學(xué)素養(yǎng)，從而全面提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，踐行社會(huì)主義核心價(jià)值觀。本課程堅(jiān)持以育人為目的，在教學(xué)內(nèi)容的重組過程中，設(shè)計(jì)了相關(guān)知識(shí)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的思政元素，盡可能使思政做到“潤(rùn)物細(xì)無聲”，避免生搬硬套。在介紹當(dāng)代通信技術(shù)的發(fā)展部分，借助我國(guó)華為公司的5G技術(shù)，增強(qiáng)學(xué)生的國(guó)家認(rèn)同感和民族自豪感；在介紹模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸部分，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片受到西方國(guó)家的管控，引出芯片“卡脖子”問題，從而增強(qiáng)學(xué)生的使命感，激發(fā)愛國(guó)主義情懷等。

5.完善考核方式，構(gòu)建多元化的課程評(píng)價(jià)體系

在課程考核方面，注重整個(gè)學(xué)習(xí)過程的考核。通過學(xué)生課堂討論情況、課后作業(yè)、隨堂練習(xí)、期中考試和期末考試進(jìn)行綜合評(píng)定，期末考試盡量減少死記硬背的客觀題型，加大學(xué)生對(duì)解決復(fù)雜工程問題能力的考查。

在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，遵循OBE理念所強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以產(chǎn)出為導(dǎo)向并持續(xù)改進(jìn)原則，構(gòu)建多元化的課程評(píng)價(jià)體系，在教學(xué)過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)都設(shè)置相應(yīng)的評(píng)價(jià)與反饋，從而使得整個(gè)課程體系形成閉環(huán)，進(jìn)而讓教師和學(xué)生得以雙向的持續(xù)改進(jìn)。具體評(píng)價(jià)體系包括：

第一，準(zhǔn)備性評(píng)價(jià)：在教學(xué)初期進(jìn)行先修課程掌握程度的問卷調(diào)查，用以評(píng)估學(xué)生已有的知識(shí)水平和能力，以便于教師針對(duì)不同的教學(xué)班級(jí)及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃；

第二，形成性評(píng)價(jià)：在教學(xué)過程中學(xué)生對(duì)于每一個(gè)具體的課程目標(biāo)是否達(dá)成進(jìn)行的自我評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)教學(xué)過程中存在的問題進(jìn)行及時(shí)反饋，進(jìn)一步提高“教”與“學(xué)”的質(zhì)量；

第三，總結(jié)性評(píng)價(jià)：在教學(xué)過程后期，教師對(duì)學(xué)生能否達(dá)成課程目標(biāo)的總體情況進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，為今后課程體系的修訂與完善提供指導(dǎo)。

除此以外，學(xué)校的評(píng)估處對(duì)教師的教學(xué)過程進(jìn)行全程監(jiān)督指導(dǎo)，通過學(xué)生評(píng)教、教學(xué)文檔資料檢查等對(duì)教師進(jìn)行教學(xué)業(yè)績(jī)考核，從而進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量。

三、教學(xué)改革成效

課程組從學(xué)校18級(jí)電子信息工程專業(yè)本科生的通信原理教學(xué)班開始進(jìn)行課程的改革試點(diǎn)，目前已收到顯著成效，具體表現(xiàn)在：激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，課程的目標(biāo)達(dá)成度達(dá)到0.83，同比提高了近3%，課程考核也獲得了學(xué)校A等級(jí)；提高了學(xué)生參加各類競(jìng)賽的參與度，參加省級(jí)和校級(jí)的大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的學(xué)生比例超過40%，進(jìn)一步提高學(xué)生的工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)力度；通過校企合作，畢業(yè)設(shè)計(jì)中將近25%的課題來自于企業(yè)的實(shí)際需求，使學(xué)生近距離的接觸和參與實(shí)際工程項(xiàng)目，在走出校園之前就能提前感知企業(yè)文化。與此同時(shí)，通過課程改革，對(duì)于教師的教學(xué)觀念也發(fā)生了改變，以學(xué)生為中心，以學(xué)生最終能夠獲得相應(yīng)的能力為出發(fā)點(diǎn)，將工程應(yīng)用中的先進(jìn)理念、先進(jìn)技術(shù)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，與時(shí)俱進(jìn)，教學(xué)相長(zhǎng)并持續(xù)改進(jìn)。

四、結(jié)語

在新工科背景下，基于OBE理念，開展了《通信原理》課程的教學(xué)改革與探索，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與手段以及教學(xué)評(píng)價(jià)體系等方面進(jìn)行改革實(shí)踐，使教學(xué)模式從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，使學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)探究知識(shí)，取得了較好的教學(xué)效果，教學(xué)質(zhì)量顯著提升，同時(shí)，進(jìn)一步提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。